柔性碳纳米纤维网络(FCNNs)在柔性和便携式储能器件中起着至关重要的作用。掺杂导电和反应性N原子可以增强电荷传输和转移性能,这对于高储能和高功率至关重要。然而,同时实现超高导电和高反应性的N原子掺杂的FCNNs(SH-FCNNs)仍然受到高温下N原子不稳定性的巨大挑战。
为了解决这个问题,得益于高分子链中-C≡N和-NH2的强相互作用,东北师范大学邵长路教授,李兴华教授报道了提出了一种使用聚苯胺(PANI)植入高度多孔聚丙烯腈纳米纤维作为前体(PPAN@PANI)的原位协同碳化-硝化策略。
文章要点
1)详细的研究表明,在低温预氧化和高温碳化过程中,PANN和PANI之间的互连界面对提高N原子的稳定性起着至关重要的作用。结果显示,在900 ℃的高温下,成功地制备出同时具有超高导电N-Q(5.9at%)和活性N-6/5(4.73at%)原子的SH-FCNNs。
2)实验结果显示,SH-FCNNs在0.5 A g-1时具有580.9 F g-1的超高比电容,在三电极测试中具有出色的倍率性能(在128 A g-1时为307.2 F g-1)。当组装成柔性固态超级电容器时,在0.25 kW kg-1时最大能量密度为18.3 Wh kg-1,在8.44 Wh kg-1时最大功率密度为16.9 kW kg-1。
3)用PANI对SH-FCNN进行了进一步修饰,使其成为柔性软包固态ZIB的正极。结果显示,SH-FCNNS@PANI正极在0.2 A g−1下具有290mAh g−1的高比容量,在5 A g−1下具有前所未有的超长期循环稳定性,在5000次循环中容量保持率达89%。获得了较高的能量密度(290 Wh kg-1)和类似超级电容器的功率密度(23.3 kW kg-1)。
这些优异的储能性能突出了SH-FCNNs在柔性储能应用中的巨大潜力。
参考文献
Mingzhuang Liu, et al, Synchronous-ultrahigh conductive-reactive N-atoms doping strategy of carbon nanofibers networks for high‐performance flexible energy storage, Energy Storage Materials(2021)
DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.025
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.10.025